Adsorpce Střední odborná škola Otrokovice www.zlinskedumy.cz Autorem materiálu a všech jeho částí, není-li uvedeno jinak, je ing. Emil Vašíček Dostupné z Metodického portálu www.rvp.cz, ISSN: 1802-4785, financovaného z ESF a státního rozpočtu ČR. Provozováno Výzkumným ústavem pedagogickým v Praze. www.zlinskedumy.cz

Charakteristika DUM Název školy a adresa Střední odborná škola Otrokovice, tř. T. Bati 1266, 76502 Otrokovice Číslo projektu CZ.1.07/1.5.00/34.0445 /2 Autor Ing. Emil Vašíček Označení DUM VY_32_INOVACE_SOSOTR-Gu-CHTe/1-PV-3/16 Název DUM Adsorpce Stupeň a typ vzdělávání Středoškolské vzdělávání Kód oboru RVP 28-52-H/01 Obor vzdělávání Gumař-plastikář Vyučovací předmět Chemická technika Druh učebního materiálu Výukový materiál Cílová skupina Žák, 15 – 16 let Anotace Výukový materiál je určený k frontální výuce s doplňujícím výkladem vyučujícího; náplň: Adsorpce, adsorbent, adsorpční vlna, adsorpční zařízení fluidní, s nepohyblivým a pohyblivým adsorbentem, desorpce Vybavení, pomůcky Dataprojektor Klíčová slova Adsorpce, adsorbent, adsorpční vlna, adsorpční zařízení, fluidní adsorpce pohyblivý a nepohyblivý adsorbent, desorpce Datum 8. 3. 2013

Adsorpce Náplň výuky (obsah hodiny) Adsorpce Adsorbent Adsorpční vlna Adsorpční zařízení s nepohyblivým adsorbentem s pohyblivým adsorbentem fluidní Desorpce

Adsorpce [1] Adsorpce je separační proces, kdy se hromadí plynná nebo kapalná látka na povrchu pevné látky (adsorbentu). Rozlišují se dva druhy adsorpce: fyzikální adsorpce – na základě Van der Waalsových přitažlivých sil chemisorpce – je tvořena chemickými vazbami (je pevnější) Obr. 1: adsorpce N2 na wolframu

Adsorpce [2] Adsorpce se používá například k oddělování látek k čistění látek (například rafinace ropných produktů) k desodoraci vody v analytické chemii při adsorpční chromatografii ve zdravotnictví (živočišné uhlí) Průběh adsorpce závisí na: • druhu adsorbentu a adsorbované složky • velikosti povrchu adsorbentu — čím je větší, tím probíhá adsorpce lépe • teplotě — čím je nižší teplota, tím je lepší adsorpce a naopak • koncentraci pohlcované kapaliny či tlaku u plynů — čím bude vyšší, tím lépe Obr. 2: model vícevrstvé náhodné adsorpce

Přednosti adsorpce Vysoká flexibilita zajišťující možnost čistění odpadního vzduchu s koncentrací rozpouštědel od 2 do 50 g/m3 v množství od 100 do 10 000 m3/h. Vysoká účinnost pohybující se v rozmezí od 96 do 99,5 %. Recyklace rozpouštědel přinášející úspory výrobních nákladů. Jednoduchá konstrukce poskytující bezporuchový provoz a dlouhodobou životnost zařízení. Nízké pořizovací i provozní náklady obvykle nižší ve srovnání s jinými procesy (spalování). Příklady Výpary rozpouštědel z výrob chemických, farmaceutických a potravinářských produktů, plastů, filmů, textilií. Výpary rozpouštědel a ředidel z lakoven a tiskařských strojů Výpary chlorovaných uhlovodíků z odmašťovacích lázní Obr. 3: aktivní uhlí – velmi častý adsorbent

Obr. 5: adsorpční granule Adsorbenty Mnoho tuhých látek má adsorpční schopnosti, ale ne všechny je možno využít. Nejčastěji používanými průmyslovými adsorbenty jsou bělicí hlinky aktivní uhlí silikagel bauxit Adsorbent je tím účinnější, čím větší má povrch na jednotku hmotnosti. Např. 1 gram kvalitního aktivního uhlí má 1 000 m2 účinného adsorpčního povrchu. Obr. 5: adsorpční granule Obr. 4: adsorbent

Adsorpční zařízení Pro adsorpci se používají nejrůznější zařízení adsorpce s nepohyblivým adsorbentem adsorpce s pohyblivým adsorbentem adsorpce fluidní Obr. 7: adsorbent Obr. 6: adsorpční kolony

Zařízení s nepohyblivým adsorbentem Adsorbér tvoří válcová nádoba, kde je na roštu (7) uložen adsorbent (3). Plynná směs A + B (1) se vede pod rošt, prochází adsorbentem, na který se naváže složka B. Nepohlcená složka A odchází vrchem adsorbéru (2). Po nějaké době se adsorbent nasytí složkou B a není ji již schopen adsorbovat. Musí se proto provést desorpce. Uzavře se přívod a odvod směsi (1 a 2) a otevře se přívod horké páry (4). Ta prochází vrstvou zahlceného adsorbentu, vytěsní z něj pohlcenou složku B a spolu s ní odchází z adsorbéru (5). Kondenzací se pára zkapalní, a oddělí se tak od plynné složky B. Toto zařízení je přetržité, proto pracuje ve dvojici – v jednom probíhá adsorpce, ve druhém desorpce. Obr. 8: nepohyblivý adsorbent

Adsorpční vlna Sestrojíme graf na ose y je vynesena koncentrace na výstupu z adsorbéru na ose x čas Po zahlcení adsorbentu začíná koncentrace stoupat, adsorpční vlnou rozumíme prudký narůst koncentrace pohlcované složky. V praxi nesmíme při adsorpci připustit nárůst adsorpční vlny. Adsorpci musíme ukončit před nástupem adsorpční vlny a provést desorpci. Obr. 9: adsorpční vlna

Zařízení s pohyblivým adsorbentem X Y Z Zařízení umožňuje nepřetržitou adsorpci. Adsorpční nádoba (X) je vybavena zařízením pro průběžné doplňování čistého a odběr zahlceného adsorbentu. Do adsorbéru X vstupuje směs plynů A+B (1), přes chladič Z přitéká adsorbent, který složku B rozpustí, složka A odchází (2). Nasycený adsorbent putuje do desorbéru (Y), kde se z něj pomocí horké páry látka B oddělí a absorbent se znovu přes chladič (Z) vrací do absorbéru. Obr. 10: pohyblivý adsorbent

Fluidní adsorpce Adsorbent je plynnou směsí A+B v adsorbéru udržován ve fluidní vrstvě. Nepohlcená složka A se odvádí vrchem adsorbéru přes odlučovač (cyklon), adsorbent s pohlcenou složkou B odchází spodem adsorbéru přes ohřívač (ohřívá se horkou směsí vodní páry a složky, B, jež odchází z desorbéru). Předehřátý adsorbent s pohlcenou složkou B je v desorbéru (za současného duplikátorového ohřevu) ve fluidní vrstvě vlivem vodní páry podroben desorpci. Vrchem desorbéru odchází vodní pára spolu s vytěsněnou složkou B do ohříváku. Adsorbent se přes chladič vrací do adsorbéru. Zařízení pracuje nepřetržitě. Obr. 11: schéma fluidní adsorpce

Desorpce Desorpce je opačný děj než adsorpce – jejím účelem je získat pohlcenou adsorbovanou složku nebo regenerovat adsorbent. Příznivě působí opačné vlivy než u adsorpce (někdy se metody kombinují) vysoká teplota snížený tlak proudem plynu Příkladem je vakuová desorpce proudem horkého vzduchu. Desorbujícím plynem bývá horký vzduch přehřátá vodní pára K desorpci složek adsorbovaných z kapalných roztoků se používají vhodná rozpouštědla. Obr. 12: zařízení UNITY2 pro termální desorpci firmy Markes

Kolony a adsorbenty Zařízení pro adsorpci a desorpci je řada typů a provedení. Uvedené zařízení dodává firma TECHNO-AIR. Rovněž adsorbentů se nabízí celá řada (zeolity, aktivní uhlí, bauxit, silikagel…). Tuto sorpční drť dodává firma REO AMOS. Obr. 14: adsorbent Obr. 13: zařízení pro adsorpci a desorpci

Kontrolní otázky: Jaký je rozdíl mezi absorpcí a adsorpcí? Co to je adsorpční vlna? Co je to adsorpce a desorpce?

Seznam obrázků: Obr. 1: State of the art. In: Wikipedia: the free encyclopedia [online]. 2009 [vid. 8. 2. 2013]. Dostupné z: http://en.wikipedia.org/wiki/File:Wiki_kisliuk_n2- tungsten.JPG Obr. 2: Life of Riley. Adsorption. In: Wikipedia: the free encyclopedia [online]. 2010 [vid. 8. 2. 2013]. Dostupné z: http://en.wikipedia.org/wiki/File:BET_Multilayer_Adsorption.svg Obr. 3: Revedave. Activated Carbon. In: Wikipedia: the free encyclopedia [online]. 2006 [vid. 8. 2. 2013]. Dostupné z: http://en.wikipedia.org/wiki/File:Activated_Carbon.jpg Obr. 4: DN 3 - Sypký sorbent Absodan Super Plus. In: Happy End CZ [online]. 2013 [vid. 8. 2. 2013]. Dostupné z: http://www.happyend.cz/cz/sypky-sorbent- absodan-super-plus/dn-3/15.html#

Seznam obrázků: Obr. 5: Vermiculite Absorbent. In: JB Systems [online]. 2012 [vid. 8. 2. 2013]. Dostupné z: http://obrazky.cz/detail?q=absorbent&offset=73&limit=20&bUrlPar=filter%3 D1&resNum=79&ref=http%3A//obrazky.cz/%3Fq%3Dabsorbent%26from%3D 55&resID=cT-IeB_3WxWJNDGDI8YDArE7F_6KVShKVo- BDiYBIqQ&imgURL=http%3A//www.jbii.com/OilFiltration/images/amidrip5.jp g&pageURL=http%3A//www.jbii.com/OilFiltration/amiPLA.html&imgX=150&i mgY=186&imgSize=9&thURL=http%3A//media5.picsearch.com/is%3FcT- IeB_3WxWJNDGDI8YDArE7F_6KVShKVo- BDiYBIqQ&thX=103&thY=128&qNoSite=absorbent&siteWWW=&sId=v7M9M UYawY4Wz-l-3jTz Obr. 6: CHIESA, Luigi. Chemical engineering. In: Wikipedia: the free encyclopedia [online]. 2005 [vid. 8. 2. 2013]. Dostupné z: http://en.wikipedia.org/wiki/File:Colonne_distillazione.jpg

Seznam obrázků: Obr. 7: Enviromet: Ultrasorb. In: All Battery Sales and Service [online]. 2012 [vid. 8. 2. 2013]. Dostupné z: http://obrazky.cz/detail?q=absorbent&offset=1&limit=20&bUrlPar=filter%3D 0&resNum=7&ref=http%3A//obrazky.cz/%3Fq%3Dabsorbent%26from%3D14 5&resID=54PmP7zhoFs4H1MdPIeGOHKVBIkl7noVYKWZ3hAEUsE&imgURL=ht tp%3A//www.allbatterysalesandservice.com/catimg/Bags.jpg&pageURL=http %3A//www.allbatterysalesandservice.com/browse.cfm/2%2C764.html&imgX =200&imgY=150&imgSize=6&thURL=http%3A//media2.picsearch.com/is%3F 54PmP7zhoFs4H1MdPIeGOHKVBIkl7noVYKWZ3hAEUsE&thX=128&thY=96&q NoSite=absorbent&siteWWW=&sId=v7M9MUYawPLgz Obr. 8: HRANOŠ, Přemysl. Stroje a zařízení v chemickém průmyslu: Adsorber s pevným adsorbentem. Ostrava: nakladatelství Pavel Klouda, 2001, s. 61. ISBN 80-902155-7-2. Obr. 9: HRANOŠ, Přemysl. Stroje a zařízení v chemickém průmyslu: Adsorbční vlna. Ostrava: nakladatelství Pavel Klouda, 2001, s. 61. ISBN 80-902155-7-2. Obr. 10: HRANOŠ, Přemysl. Stroje a zařízení v chemickém průmyslu: Adsorber s pohyblivým adsorbentem. Ostrava: nakladatelství Pavel Klouda, 2001, s. 62. ISBN 80-902155-7-2.

Seznam obrázků: Obr. 11: HRANOŠ, Přemysl. Stroje a zařízení v chemickém průmyslu: Adsorber s pohyblivým adsorbentem. Ostrava: nakladatelství Pavel Klouda, 2001, s. 62. ISBN 80-902155-7-2. Obr. 11: HRANOŠ, Přemysl. Stroje a zařízení v chemickém průmyslu: Schéma fluidní adsorpce. Ostrava: nakladatelství Pavel Klouda, 2001, s. 62. ISBN 80- 902155-7-2. Obr. 12: Termální desorpce. In: LABICOM [online]. 2013 [vid. 8. 2. 2013]. Dostupné z: http://www.labicom.cz/termalni-desorpce-70/ Obr. 13: Adsorpční sušiče vzduchu FRIULAIR. In: TECHNO-AIR [online]. 2013 [vid. 6. 2. 2013]. Dostupné z: http://www.technoair.cz/susice-adsorbcni Obr. 14: Univerzální sorpční drť ECO-DRY PLUS. In: REO AMOS [online]. 2011 [vid. 6. 2. 2013]. Dostupné z: http://www.reoamos.cz/univerzln-sorpn-dr-eco-dry- plus-10-kg/d-4965-c-203/

Seznam použité literatury: [1] Otevřená encyklopedie Wikipedie, [vid 5. 2. 2013], dostupné z: http://en.wikipedia.org/wiki/Adsorption [2] HRANOŠ, Přemysl. Stroje a zařízení v chemickém průmyslu: Adsorpce. Ostrava: nakladatelství Pavel Klouda, 2001. ISBN 80-902155-7-2.

Děkuji za pozornost